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[主观题]

惯性系S,S''间的相对关系如图所示,O,O'重合时t=t'=0。 (1)设在S'系的O'x' y&

惯性系S,S''间的相对关系如图所示,O,O'重合时t=t'=0。

(1)设在S'系的O'x' y'平面上有一个以O'为中心、R为半径的固定圆环,试在S系中写出t时刻此圆环在Oxy平面投影曲线的方程;

(2)在S'系中从t'=0时刻开始有两个质点P1和P2,分别从x'=-R,y'=0和x'=R,y'=0位置以恒定的速率u逆时针方向沿圆环运动,试问:

(2.A)S系中P1,P2各自在什么时刻(分别记为t1,t2)开始运动?

(2.B)S系认为P1,P2在什么时刻(记为t3)第一次相距最远?

(3)导出S系中质点P2沿x轴的分运动x2与时间t的函数关系,并在惯性系S,S''间的相对关系如图所示,O,O'重合时t=t'=0。 范围分析这一分运动的主要特征。(解答本小问时,建议引入参量ω'=u/R。)

惯性系S,S''间的相对关系如图所示,O,O'重合时t=t'=0。

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更多“惯性系S,S''间的相对关系如图所示,O,O'重合时t=t'=0。 (1)设在S'系的O'x' y&”相关的问题

第1题

惯性系S,S'间的相对关系如图所示,其中相对速度大小为υ=c/2,坐标原点O,O'重合时,t=t'=0 (1)设

惯性系S,S'间的相对关系如图所示,其中相对速度大小为υ=c/2,坐标原点O,O'重合时,t=t'=0

(1)设飞船1开始时静止于O'点,从t'=0时刻起,在S'系以恒定的加速度a1沿x'轴运动,试求飞船1在S系中的运动方程x1-t。

(2)设飞船2开始时静止于O点,从t=0时刻起,沿x轴正方向离开O点,并在飞船2的瞬时静止惯性系(每一时刻相对飞船静止的惯性系)中,始终具有相同的加速度值a2,试求飞船2在S系中的运动方程x2-t。

(3)设a2=100a1,试问在S系中飞船2何时追上飞船1?

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第2题

惯性系S,S'之间的相对关系如图所示,S系与某星体连结在一起,S,S'系坐标原点O,O'的间距远小于各
自到其他星体的距离,在S,S'系按常规方式分别引入以O,O'为原点的球坐标角参量{θ,φ),{θ',φ')(图中未画出).已知在S系O处的观察者看到的远处星体数呈各向同性分布,即单位立体角内观察到的星体数N是一个与{θ,φ}无关的常量,试求在S'系O'处的观察者在单位立体角内可观察到的星体数N'的角分布,即求函数关系N'-θ',φ'。

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第3题

惯性系S',S间的关系如图所示。静长为l的直尺AB静止于x'y'平面,且与x'轴夹角为45°,质点P沿杆
运动,相对于杆的速率为u常量,试在S',S系分别计算P从杆的A端到B端所经时间T',T。

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第4题

惯性系S'的x'轴与惯性系S的x轴平行,S'系沿着x轴相对S系运动,速度为υ。开始时质点P1在后、质点P2

惯性系S'的x'轴与惯性系S的x轴平行,S'系沿着x轴相对S系运动,速度为υ。开始时质点P1在后、质点P2在前,静止于x'轴上,相距l0,如图所示。令P1,P2在S'系中同时获得沿x'轴相同的加速度,经过一段时间,速度同时达到υ',一起停止加速。试问再经过足够长的时间后,S系测得P1,P2间距l为何值?

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第5题

惯性系S',S间的关系如常所设,某光子在S'系中沿y'轴运动,试由相对论速度变换式计算此光子在S系
中的速度分量ux,uy以及速度大小u,以此验证相对论速度变换式符合光速不变原理。
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第6题

在惯性系某个S平面上的O点有一个带电量为Q>O的固定点电荷,另一个带负电荷-q的质点P受点电荷Q的库仑力作用,

在惯性系某个S平面上的O点有一个带电量为Q>O的固定点电荷,另一个带负电荷-q的质点P受点电荷Q的库仑力作用,绕O点在S平面上作有界曲线运动。设p点的初始相对论能量为E0,P点相对O点的初始角动量为L0,且有qQ/4πε0L0c≪1,其中c为真空光速。

(1)试证在零级近似下,即在qQ/4πε0L0c≈0的条件下,P点的运动轨道是一个椭圆;

(2)试证P点的真实运动是带有进动的椭圆运动,并求出P点相对O点的径矢长每变化一周对应的进动角Δθ。

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第7题

关于双生子佯谬 一对双胞胎,20岁时哥哥乘飞船以υ=0.8c的匀速度离地球而去,弟弟留在地球上。10年后,弟弟30岁

关于双生子佯谬

一对双胞胎,20岁时哥哥乘飞船以υ=0.8c的匀速度离地球而去,弟弟留在地球上。10年后,弟弟30岁时,飞船到达星球P,弟弟据运动时钟计时率变慢公式认定哥哥经过的时间间隔为5(年),即哥哥时年26岁。哥哥当然要认可自己与星球P相遇时确为26岁,于是他又据运动时钟计时率变慢公式,认定弟弟在此期间内经过的时间间隔应为5年,即弟弟此时的年龄当为23.6岁。弟弟认为哥哥年轻,哥哥认为弟弟年轻,虽然矛盾,但无法面对面核实。为作当面核实,常议论的一个方案是让哥哥以υ=0.8c匀速度反向飞回,与弟弟见面。重复相关计算,弟弟认为见面时自己是(30+10)岁=40岁,哥哥应是(26+6)岁=32岁,而哥哥认为自己若是32岁,那么弟弟应当是(23.6+3.6)岁=27.2岁。兄弟见面时,究竟谁比谁年轻?这就是双生子佯谬。

佯谬产生的原因是哥哥返回过程中有一段是变速运动,其间所处参考系为非惯性系,需要用广义相对论来处理,处理结果确是哥哥比弟弟年轻。其实开始时哥哥离开地球进入υ=0.8c运动的飞船,已经历过变速运动过程,也存在狭义相对论结论失效的问题。即使略去哥哥初始的变速运动,在狭义相对论范畴的约束下,哥哥一去不能返回,兄弟无法当面比较。

在狭义相对论范畴内可以讨论的一种兄弟见面方案,是让分离状态的兄弟对称地通过变速运动过渡到匀速地相互接近状态。例如取一个中间惯性系S0,让兄弟相对S0系各自以某个点速度分别朝右、朝左运动,兄弟间的相对速度仍可为υ。然后再令兄弟对称地相对S0系作变速运动,使速度反向。按此方案,兄弟见面时必定同样年轻或者说同样衰老。

关于双生子佯谬,在狭义相对论框架内可以编制下述题目。

图中的S系为地球参考系(略去地球自转与公转),弟弟与地球位于x=0处,星球P位于x=81.y.(光年)处。S'系为飞船参考系,哥哥与飞船位于x'=0处,S'系相对S系沿x轴以υ=0.8c匀速运动。S''系为哥哥的替身者参考系,替身位于待定的x''位置,S''系相对S系沿x轴负方向以υ=0.8c匀速运动。设哥哥飞离地球时,S''系的坐标原点O''恰好与O,O'重合,令此时有t=t'=t''=0。再设S''系中的替身两手各持一个构造相同的时钟,确保两者计时率相同,右手时钟已经启动,并已在S''系中校准过零点,左手时钟尚未启动。

(1)设哥哥飞船到达星球P处时,替身恰好也到达P处,此时替身启动左手时钟,并将读数拨成与哥哥时钟读数相同,试求此时星球P处时钟读数t1,替身所在位置的坐标x''和右手、左手时钟读数t''右1,t''左1

(2)而后替身与弟弟相遇时,再求弟弟时钟读数t2和替身左、右手时钟读数t''右2,t''左2;并检查是否有下述关系:t''右2=t''左2

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第8题

如图所示,在S和S'系中的x和x'轴上分别固定有5个钟。在某一时刻,原点O和O'正好重合,此时钟C3和钟

如图所示,在S和S'系中的x和x'轴上分别固定有5个钟。在某一时刻,原点O和O'正好重合,此时钟C3和钟C'3都指零。试大致画出在S系中观察,此时刻其他各钟的指针所指的方位。

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第9题

一根直杆在惯性系S系中观察,其静止长度为l,与x轴的夹角为θ,S'系相对S系沿着x轴的正方向以速率u运动,试
求它在S'系中的长度和它与x'轴的夹角。
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第10题

静长为l的飞船以恒定速度υ相对惯性系S运动,某时刻从飞船头部发出无线电信号,试问飞船观察者认为信号经过多
长时间到达飞船尾部?再问S系中的观察者认为信号经过多长时间到达飞船尾部?
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第11题

惯性系S'相对惯性系S,沿x轴以v高速运动,S'系中沿x'轴有一弹簧振子,弹簧劲及系数为K,振子质量为
m,振子速度远小于光速,振幅为A,在S系中测得该振子同期为多少?振子从因x'=0到x'=A所经时间为多少?

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